Hidrologia e Qualidade da Água Prof. Eudes José Arantes Prof. Karina Querne de Carvalho Curso de Especialização em Gerenciamento e Auditoria Ambiental.

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1 Hidrologia e Qualidade da Água Prof. Eudes José Arantes Prof. Karina Querne de Carvalho Curso de Especialização em Gerenciamento e Auditoria Ambiental

2 Ementa (Hidrologia) Ciclo hidrológico, balanço hídrico, bacia hidrográfica e suas características fisiográficas, precipitação, interceptação, infiltração, evapotranspiração, escoamento superficial, águas subterrâneas e interrelações com águas superficiais, transporte de sedimentos, medição e interpretação de variáveis hidrológicas e sedimentométricas.

3 Ementa (Hidrologia) A ocorrência da água na natureza. Distribuição de água no planeta. Água como meio ecológico; Apresentar e discutir os conceitos e integração dos processos do ciclo hidrológico; Caracterizar a bacia hidrográfica quanto as suas características geomorfológicas e seus recursos naturais clima, solo, cobertura vegetal e uso e ocupação; Desenvolver atividades aplicadas com séries históricas (precipitação e escoamento) e analisar os resultados;

4 Ementa (Hidrologia) Regionalização hidrológica, eventos extremos (cheias e secas), hidrologia estocástica, regularização de vazões e aplicações de técnicas de SIG, otimização e modelagem computacional. Impactos e medidas mitigadoras de atividades antrópicas sobre o ciclo hidrológico. Apresentação de estudos de casos – hidrologia.

5 Bibliografia Hidrologia para Engenharia e Ciências Ambientais W. Collischonn, F Dornelles Hidrologia Aplicada Carlos Eduardo M. Tucci Hidrologia – Ciência e Aplicação Carlos Eduardo M. Tucci – ABRH Hidrologia Aplicada Carlos Eduardo M. Tucci Engenharia Hidrológica ABRH Hidrologia e Recursos Hídricos Antonio Marozzi Righetto

6 Definição A Hidrologia é a ciência que trata da água da terra, sua ocorrência, circulação e distribuição, suas propriedade físicas e químicas, e suas reações como o meio ambiente, incluindo suas relações com a vida. (Def. Recomendada pelo United States Federal Council of Science and Technology, Committee for Scientific Hidrology, 1962).

7 Conceitos Básicos Água / Recurso vital Disponibilidade: – ponto diferentes de demanda Obras de Transportes (canais, dutos, bombeamento, etc) – Período diferentes de consumos Obras de reservação (reservatórios) Necessidade de proteção contra as inundações. Mantimento de vazão ecológica.

8 Conceitos Básicos A atividade de planejamento de recursos hídricos tão antiga quanto a civilização. Historicamente UsoObrasCaracteristica Atividades individuais básicos Beber, higiene pessoal, etc…Obras únicas p/ atender finalidade únicas Progresso Uso coletivosAfastamento e diluição dos produtos e sua atividades, irrigação, industria, geração de energia elétrica… Obras para aproveitamento múltiplos Elevação do Padrão de vida Usos Múltiplos: Conflitos Obras de vulto de grande repercução, grande investimentos de capital Sistema de aproveitamento múltiplos Poluição,Tempo

9 Conceitos Básicos Dificuldades: incerteza envolvidas (aleatoriedade) – Probabilidade => Hidrologia não é uma ciência exata Hidrologia – Abordagem física: fenômenos físicos probabilística: pressupõe que as variáveis são aleatórias Necessário ao planejamento do sistema

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11 Ciclo Hidrológico

12 CICLO HIDROLÓGICO: ALVO DOS ESTUDOS HIDROLÓGICOS O ciclo hidrológico é o processo cíclico e contínuo de transporte das águas da Terra, interligando atmosfera, continentes e oceanos. Trata-se de um processo complexo, que tem como fonte de energia o Sol, contendo muitos subciclos. Como praticamente todo o abastecimento de água doce é resultante da precipitação proveniente da evaporação das águas marítimas, o ciclo hidrológico pode ser entendido basicamente como o processo de transferência da água dos mares para os continentes e seu retorno aos mares. O vapor d’água que tem origem na evaporação das águas dos mares é transportado para os continentes pelo movimento das massas de ar. Se o vapor for resfriado até o seu ponto de orvalho, ele se condensa na forma de pequenas gotas visíveis, vindo a constituir as nuvens, as quais, sob condições meteorológicas favoráveis, avolumam-se e, sob a ação da gravidade, e precipitam-se. À medida que as chuvas caem, parte delas é interceptada pela vegetação e evaporada. Parte da precipitação que atinge a superfície do solo é devolvida para a atmosfera por evaporação, a partir das superfícies líquidas, do solo e da vegetação, e da transpiração dos seres vivos. O restante retorna aos mares por vias superficiais, subsuperficiais e subterrâneas.

13  Do total de 1360 quatrilhões de toneladas de água do planeta Ciclo Hidrológico

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15 CICLO HIDROLÓGICO ÁREAS DA HIDROLOGIA (Recursos Hídricos) HIDROMETEOROLOGIA:água na atmosfera. Limnologia:água nos lagos e reservatórios. Potamologia: água nos arroios e rios. Glaciologia: água nas geleiras e neve. Hidrogeologia: águas subterrâneas.

16 CICLO HIDROLÓGICO: DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA NO PLANETA. OCEANOS E MARES.... 97,206% ÁGUA SUBTERRÂNEA... 0,625 CALOTAS POLARES E GLACIARES(ÁGUA DOCE)......................... 2,150 UMIDADE ATMOSFÉRICA(ÁGUA DOCE).......................... 0,001 RIOS E LAGOS(ÁGUA DOCE).. 0,018

17 Ciclo de Energia (solar: 1360 W/m 2 )

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19 Bacia Hidrográfica

20 A Bacia hidrográfica ou bacia de drenagem de uma seção de um curso d’água é a área geográfica coletora de água de chuva que escoa pela superfície do solo e atinge a seção considerada. (limitada pela divisor topográfico) Importante para obtenção de dados para dimensionamento de pontes, bueiros, barragens, galerias de águas pluviais, etc.

21 690 695 700 695 690 685 680 675 680 670 665 660 655 685 680 685 Divisor de Águas 700 Exutório

22 Exemplo de delimitação de B. H.

23 Características Fluvio-morfológicas A forma da bacia hidrográfica é importante devido ao tempo de concentração, definido como o tempo, a partir do início da precipitação, para que toda a bacia correspondente passe a contribuir com a vazão na seção em estudo

24 Bacia Hidrográfica

25 Rede de Drenagem Ordem do curso d’água: A ordem dos rios é uma classificação que reflete o grau de ramificação ou bifurcação dentro de uma bacia. Normalmente designa- se o afluente que não se ramifica como de primeira ordem, sem levar em conta se ele deságua no rio principal ou não. Quando dois rios de primeira ordem se juntam é formado um rio de segunda ordem. Dois rios de ordem n dão lugar a um rio de ordem n+1.

26 Características Fluvio-morfológicas Fator de Forma ou Coeficiente de conformação, kf Coeficiente de conformidade, kc Mais sujeito a enchentes Mais irregular é a bacia, k c = 1 (bacia circular)

27 Rede de Drenagem É constituída pelo rio principal e seus afluentes. A disposição em planta dos cursos d’água é uma característica muito importante. Tal importância se deve: I) Eficiência da drenagem – quanto mais eficiente for a drenagem maior e mais rápido se formará a enchente. II) Indicação da natureza do solo e das condições superficiais que existem na bacia. (Arenoso – infiltração elevada, só caudal principal; argiloso – rede bem ramificada).

28 Rede de Drenagem Densidade de drenagem É a relação entre o comprimento total dos cursos d’água (efêmeros, intermitentes e perenes) de uma bacia hidrográfica e a área total da bacia. Extensão média do escoamento superficial

29 Características do relevo de uma bacia O relevo de uma bacia hidrográfica tem grande influência sobre os fatores meteorológicos e hidrológicos, pois a velocidade do escoamento superficial é determinada pela declividade do terreno, enquanto que a temperatura, a precipitação, a evaporação, etc, são funções da altitude da bacia.

30 Características do relevo de uma bacia Declividade de Álveo S1S1 S2S2 S3S3

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32 Precipitação PRECIPITAÇÃO é o nome que se atribui a toda forma de umidade que, proveniente da atmosfera, deposita-se sobre a superfície da Terra. Ocorre na forma de chuva, granizo, neve, neblina, orvalho e geada.

33 Tipos de Chuvas (Precipitações Pluviométricas) Frontais:

34 Tipos de Chuvas (Precipitações Pluviométricas) Orográficas:

35 Tipos de Chuvas (Precipitações Pluviométricas) Convectivas:

36 Estudo da precipitação. Análise de dados e tratamento estatístico

37 Evaporação e Evapotranspiração

38 Medida da Precipitação Pluviômetro Pluviógrafo

39 Grandezas características Altura de Precipitação ou Altura pluviométrica: É a altura de água precipitada, h, em mm. Trata-se, portanto, de uma medida pontual representativa da água precipitada por unidade de área horizontal. Intensidade de chuva: É a relação entre a altura pluviométrica e a duração da precipitação, expressa em geral em mm/h ou mm/min ou l/s*ha. Duração: Período de tempo contado desde o início até o fim da precipitação.

40 Grandezas características

41 Precipitação Média Sobre uma Bacia Método Aritmético Método de Thiessen Método das Isoietas

42 Precipitação Verificação da Homogeneidade do Dados Preenchimento de Falhas

43 Evapotranspiração A evaporação é o processo físico no qual um líquido ou sólido passa para o estado gasoso (vapor). A transpiração é o processo pelo qual as plantas retiram a umidade do solo e a libertam no ar sob a forma de vapor. Os processos só ocorrem se houver introdução de energia no sistema, proveniente do sol, da atmosfera, ou de ambos Mais da metade da precipitação que cai sobre os continentes volta à atmosfera através da ação conjunta desses dois processos, a evapotranspiração.

44 Fatores que Afetam a Evaporação Temperatura do ar Pressão Atmosférica Pressão de vapor Radiação solar Velocidade do vento

45 Mensuração da Evaporação Transferência de Massa (difícil aplicação) Balanço Hídrico (imprecisos) Empíricas Balanço Energético Evaporímetros (Classe A e Russo)

46 Evapotranspiração A evapotranspiração é considerada como a perda de água por evaporação do solo e transpiração das plantas. A evapotranspiração é importante para o balanço hídrico de uma bacia como um todo e, principalmente, para o balanço hídrico agrícola, que poderá envolver o cálculo da necessidade de irrigação.

47 Evapotranspiração potencial (ETP): quantidade de água transferida para a atmosfera por evaporação e transpiração, na unidade de tempo, de uma superfície extensa completamente coberta de vegetação de porte baixo e bem suprida de água. Evapotranspiração real (ETR): quantidade de água transferida para a atmosfera por evaporação e transpiração, nas condições reais (existentes) de fatores atmosféricos e umidade do solo. A Evapotranpiração

48 Medidas de Evapotranspiração medidas diretas; métodos baseados na temperatura; métodos baseados na radiação; método combinado; balanço hídrico.

49 Infiltração A Infiltração é o processo pelo qual a água penetra nas camadas superficiais do solo e se move para baixo, em direção ao lençol freático d’água

50 Infiltração

51 Medidas da Infiltração Infiltrômetros

52 Lisímetro Medidas da Infiltração

53 Medidas da Umidade no Solo Tensiômetro

54 Sonda de Neutron Medidas da Umidade no Solo

55 Capacidade de Infiltração O conceito de capacidade de infiltração é aplicado ao estudo da infiltração para diferenciar o potencial que o solo tem de absorver água pela sua superfície, em termos de lâmina por tempo, da taxa real de infiltração que acontece quando há disponibilidade de água para penetrar no solo.

56 Infiltração

57 Dados Hidrometeorológicos Estações Climatológicas Estações Pluviométricas Estações Fluviométricas Radar meteorológico Sensoriamento Remoto

58 Estações Climatológicas Actinógrafo Heliógrafo Geotermômetro ou termógrafo de solo Termômetro de máxima e mínima e termógrafos Psicrômetro Higrômetro Barômetro Anemômetro de canecas Anemógrafo Universal Pluviômetro, Pluviógrafo Evaporímetro Anemômetro de Piche Evapotranspirômetro

59 ESTIMATIVA DA EVAPOTRANSPIRAÇÃO Prof. Eudes José Arantes

60 Estimativa da Evapotranspiração A Evapotranspiração pode ser estimada por: Equações com base na temperatura do ar: Método de Thornthwaite, Método de Blaney-Criddle; Equações com base nos dados do tanque classe A; Equações com base na evaporação potencial: Método do Balanço de Energia; Método Aerodinâmico; Método Combinado.

61 Método de Thornthwaite O Método de Thornthwaite foi desenvolvido com base em dados de evapotranspiração medidos e dados de temperatura média mensal, para dias com 12 horas de brilho solar e mês com 30 dias.

62 Método de Thornthwaite O método de Thorntwaite é calculado da seguinte forma: Onde: ETP = Evapotranspiração potencial (mm/mês) F c = Fator de correção em função da latitude e mês do ano; a = 6,75. 10 -7. I 3 – 7,71. 10 -5. I 2 + 0,01791. I + 0,492 (mm/mês) I = índice anual de calor, correspondente a soma de doze índices mensais; T =Temperatura média mensal ( o C)

63 Método de Thornthwaite

64 Para corrigir os valores da evapotranspiração para cada tipo de cultura é só multiplicar a ETP pelo coeficiente de cultura K c : ETP cultura = K c. ETP Onde: ETP cultura = Evapotranspiração potencial da cultura (mm/mês); ETP = evapotranspiração potencial (mm/mês). K c = coeficiente de cultura.

65 Coeficiente de Cultivo Os valores de K c são tabelados para diferentes culturas nos seus vários estágios de desenvolvimento.

66 Exercício Para uma latitude de 7º S, calcule o valor da ETP pelo Método de Thornthwaite para cada mês, sabendo que a bacia é coberta por pasto. FatorJanFevMarAbrMAiJunJulAgoSetOutNovDez T (°C) 26,926,126,225,625,524,925,025,726,727,327,527,1

67 Método de Blaney-Criddle Foi desenvolvido originalmente para estimativas de uso consutivo, e utiliza a seguinte equação: ETP = (t - 0,5. T). p Onde: ETP = evapotranspiração mensal (mm/mês); T = temperatura média anual em o C t = temperatura média mensal em o C p = percentagem de horas diurnas do mês sobre o total de horas diurnas do ano

68 Método de Blaney-Criddle

69 Para corrigir os valores da evapotranspiração para cada tipo de cultura é só multiplicar a ETP pelo coeficiente de cultura K c : ETP cultura = K c. ETP Onde: ETP cultura = evapotranspiração potencial da cultura (mm/mês); ETP = evapotranspiração potencial (mm/mês); K c = coeficiente de cultura.

70 Coeficiente de Cultivo Os valores de K c são tabelados para diferentes culturas nos seus vários estágios de desenvolvimento.

71 Exercício Para uma latitude de 7º C, calcule o valor da ETP pelo Método de Blaney-Criddle para cada mês, sabendo que a bacia é coberta por pasto. FatorJanFevMarAbrMAiJunJulAgoSetOutNovDez T (°C) 26,926,126,225,625,524,925,025,726,727,327,527,1

72 Estimação da Evapotranspiração pelo Tanque Classe A A Evapotranspiração Potencial pode ser estimada a partir da evaporação potencial medida pelo Tanque Classe A. Ou seja, só é necessário corrigir os valores da evaporação com o coeficiente de cultura K c : ETP = K c. E P Ou seja, ETP = K c. (K t. E tanque ) Onde: ETP = evapotranspiração potencial (mm/dia) E = evaporação do tanque classe A (mm/dia) K t = coeficiente do tanque (No semi-árido, adotar-se K t = 0,75).

73 Coeficiente de Cultivo Os valores de K c são tabelados para diferentes culturas nos seus vários estágios de desenvolvimento.

74 Exercício Calcule o valor da ETP através do Tanque Classe A para cada mês, sabendo que a bacia é coberta por pasto. FatorJanFevMarAbrMAiJunJulAgoSetOutNovDez E Tanque 231,9159,5164,0138,9202,8194,5234,1283,3291,7301,9285,1275,6

75 Equações com base na evaporação potencial Para estimar os valores da evapotranspiração potencial através da evaporação potencial, é preciso multiplicar a E P pelo coeficiente de cultura K c. Ou seja, é necessário acrescentar o coeficiente de cultura (Kc) em cada equação dos métodos de estimativa de evaporação citados abaixo: Método do Balanço de Energia; Método Aerodinâmico; Método Combinado.

76 Método do Balanço de Energia Onde: ETP = Evapotranspiração potencial diária (mm/dia) R L = Radiação líquida (W/m 2 ); l v = Calor latente de vaporização (J/kg) l v = 2,501. 10 6 – 2370. T ; ρ w = massa específica da água (ρw = 977 kg/m 3 ); T = Temperatura do ar (°C); K c = Coeficiente de Cultivo.

77 Onde: ETP = Evapotranspiração potencial (mm/dia); Kc = Coeficiente de Cultivo; e s = Pressão de vapor saturado (Pa) e a = Pressão de vapor atual (Pa)e a = U R. e s ; Método Aerodinâmico u = Velocidade do vento na altura z 2 (m/s); z 2 = Altura da medição da velocidade do vento (geralmente é adotado 2 m a partir da superfície); z 1 = Altura de rugosidade da superfície natural.

78 Método Combinado ou de Penmam Onde: ETP = Evapotranspiração potencial (mm/dia); Kc = Coeficiente de Cultivo; E r = Evaporação calculada pelo método do balanço de energia (mm/dia); E a = Evaporação calculada pelo método aerodinâmico (mm/dia); ∆ = 4098. e s / (237,3 + T) 2 (Pa/°C)  = 66,8 Pa/°C

79 Método de Priestley - Taylor Onde: ETP = Evapotranspiração potencial (mm/dia) E r = Evaporação calculada pelo método do balanço de energia (mm/dia); ∆ = 4098. e s / (237,3 + T) 2 (Pa/°C)  = 66,8 Pa/°C  = 1,3

80 Coeficiente de Cultivo Os valores de K c são tabelados para diferentes culturas nos seus vários estágios de desenvolvimento.

81 Exercício Para um albedo igual a 0,3 e a altura da rugosidade natural igual a 0,41 cm, e sabendo que a bacia é coberta por pasto, calcule o valor da ETP pelos métodos: - Balanço de Energia para cada mês; - Aerodinâmico; - Combinado ou Penmam; - Priestley – Taylor. Fator JanFevMarAbrMAiJunJulAgoSetOutNovDez T 26,926,126,225,625,524,925,025,726,727,327,527,1 RiRi 488499482464424399410501527553537506 URUR 60,367,772,171,468,464,660,355,854,053,354,856,0 u 1,331,041,051,071,291,731,752,142,042,111,731,44 T ( o C); R l (cal / cm 2 / dia); U R (%) ; u (m/s)

82 Bacias Hidrográficas Fenomenologia da Bacia Hidrográfica – Uso e ocupação do solo – Infra-estrutura hidráulica – Precipitações – Aspectos Fisiográficos

83 Bacias Hidrográficas Fenomenologia da Bacia Hidrográfica –Uso e ocupação do solo Primeiros subsídios sobre extração e produção de água Suscetibilidade a processos como evapotranspiração, infiltração, deflúvio e erosão

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85 Uso e ocupação do solo (cont.) Combinação de fatores propicia – Maior produtividade de água – Maior produtividade econômica – Perdas econômicas e danos.

86 Fonte: Tucci (2000)

87 Infra-estrutura hidráulica Armazenamento Aumento da velocidade

88 Fonte: Tucci (2000)

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90 Precipitação é resultado do contexto climático e micro-climático da bacia – processos convectivos – sistemas frontais – menores durações possuem maiores intensidades – deslocamento de uma chuva pode produzir dois picos descarga distintos

91 Fonte: Tucci (2000)

92 Aspectos Fisiográficos O aspecto fisiográfico é avaliado pela associação dos índices: – Declividade – Densidade de drenagem – Forma

93 Talvegues de uma Região Montanhosa Ilhas de uma Região de Planície

94 Delimitação da bacia

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96 Escoamento Superficial

97 Fonte: Tucci (2000)

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116 116 Águas Subterrâneas Eudes José Arantes

117 117 Importância das Águas Subterrâneas

118 118 Ciclo Hidrológico

119 119 Formações Geológicas Rochas Ígneas Rochas Sedimentares Rochas Metamórficas Arenito Folhelhos Argilosos Granito Rochas Calcárias Quartzito Filitos e Micaxistos Gnaisse Mármore

120 120 Formações Geológicas Isotrópico e Homogêneo Isotrópico e Heterogêneo Anisotrópico e Homogêneo Anisotrópico e Heterogêneo

121 121 Formações Geológicas (porosidade) Formações Geológicas (porosidade)

122 122 Tipos de Aqüíferos

123 123 Aqüífero Freático.

124 124 Zonas de Aeração e Saturação

125 Origem das Águas Subterrâneas Superfície do terreno Camada Impermeável Zona de aeração ou não saturada Zona saturada L. livre, com P = P atm  =  saturado; K = K s L. confinado, com P > P atm  =  s; K = K s Zona de transmissão Zona radicular Água do Solo  <  s; K = K(  ) Água Gravitacional  <  saturado; K = K(  )  = umidade volumétrica;  s = umidade na saturação ;  K s = condutividade na saturação

126 Águas Subterrâneas Do ponto de vista hidrológico, a água encontrada na zona saturada do solo, chamada de aqüífero, é dita subterrânea. Segundo Linsley, chama-se aqüífero a formação geológica que contém água e esta pode mover-se em quantidades suficientes para permitir um aproveitamento econômico. Aqüífero: Formação porosa (camada ou estrato) de rocha, areia capaz de armazenar e transmitir água através dos poros.

127 Os aqüíferos têm propriedades ligadas ao armazenamento de água no solo tais como a porosidade, a condutividade hidráulica, a umidade, etc. Chama-se porosidade efetiva a quantidade de água que pode drenar livremente de uma amostra saturada dividida pelo volume da amostra. O solo possui duas zonas distintas: a zona não saturada ou de aeração e a zona saturada Águas Subterrâneas

128 Hipóteses: escoamento permanente (Q = constante) meio homogêneo e isotrópico saturado ( mesmo solo e mesmas propriedades nas três direções – K x = K y = K z = K s = K) K Q Q L HH Lei de Darcy

129 129 Lei de Darcy Condutividade Hidráulica [L/T]

130 Perda de carga = decréscimo na carga hidráulica pela dissipação de energia devida ao atrito no meio poroso. O sinal negativo denota que a carga diminui a medida que x aumenta Lei de Darcy A Lei de Darcy rege o escoamento da água nos solos saturados e é representada pela seguinte equação: Onde: V = velocidade da água através do meio poroso; K = condutividade hidráulica saturada dh = variação de Carga Piezométrica dx = variação de comprimento na direção do fluxo dh/dx = perda de carga

131 Lei de Darcy  Condutividade Hidráulica K  medida da habilidade de um aqüífero conduzir água através do meio poroso; é expressa em m/dia, m/s, mm/h [K = v/(dh/dx)]. Condutividade Hidráulica é a não resistência ao fluxo, por exemplo: – Na Areia a velocidade do fluxo é maior, então K é maior – Na argila a velocidade do fluxo é menor, então o K é menor.

132 Algumas Propriedades Hidrogeologias  Porosidade   razão entre o volume de vazios e o volume de solo:  Umidade   razão entre o volume de vazios e o volume de água; para condições saturadas, todos os vazios estão preenchidos com água e, portanto, a umidade é dita saturada e se aproxima do valor da porosidade:

133 Tipos de Aqüíferos  Não-Confinado (Freáticos ou Livres): Aqüífero encerrado apenas por uma formação impermeável na parte de abaixo. A água num aqüífero livre é também dita lençol freático..  Confinado (Artesiano ou Cativo): Aqüífero encerrado entre formações impermeáveis ou quase impermeáveis. Ele está sob pressão maior do que a pressão atmosférica. A água num aqüífero confinado é também dita lençol artesiano.

134 Tipos de Aqüíferos

135 A= l.h v = k. dh/dx Aqüífero livre Q = v. A Q = (k.dh/dx).(l.h) Q = k.l.h.dh/dx Integrando: l Qh1h1 h h2h2 L ΔhΔh As cargas h 1 e h 2 são avaliadas através de piezômetros  Q = k.l.(h 1 2 - h 2 2 )/(L.2)

136 Algumas Definições Importantes  Perda de Carga: Decréscimo na carga hidráulica causada pela dissipação de energia (fricção no meio poroso).  Para o aqüífero freático:  Nível Freático ou Nível de Água: Altura da água de um aqüífero não- confinado, freático ou livre medida num poço de observação.  Superfície Freática: Superfície cujos pontos em relação igual ao nível de água no aqüífero freático.

137 1.Calcule a condutividade hidráulica e a vazão no aqüífero livre. Dados: K= 1 x 10 -3 m/s e l = 10m. 12 L= 780m 15m18m Imper. Datum 10m7m Exercício

138 Q = V. A Q =[ K. dh/dx]. A Como: A = l. b, então: Q = K. l. b dh/dx Integrando: Aqüífero confinado As cargas h 1 e h 2 são avaliadas através de manômetros l Q h1h1 h2h2 L ΔhΔh b  Q = k.l.b.(h 1 - h 2 )/L

139 Algumas Definições Importantes  Perda de Carga: Decréscimo na carga hidráulica causada pela dissipação de energia (fricção no meio poroso).  Para o Aqüífero Confinado:  Carga Piezométrica ou Altura Piezométrica: Altura da água de um aqüífero confinado medida num piezômetro em relação ao fundo do aqüífero (z + P/  ).  Superfície Piezométrica: Superfície cujos pontos estão em elevação igual à altura piezométrica.

140 Algumas Propriedades Hidrogeologias  Trasmissividade T  taxa volumétrica de fluxo através de uma secção de espessura “b”. T = K. b Onde:T é a coeficiente de transmissividade (m 2 /s) K é a condutividade hidráulica (m/dia; m/s); b é a espessura do aqüífero confinado (m). b

141 2.Calcule a condutividade hidráulica e a vazão no aqüífero confinado. Dados: K= 1 x 10 -3 m/s e l = 10m. Imper. Datum 12 L= 780m 10m13m 5m Exercício

142 Hidráulica de Poços Poço é uma obra de engenharia regida por norma técnica destinada a captação de água do aqüífero; Quando iniciamos o bombeamento de um poço, ocorre um rebaixamento do nível da água do aqüífero, criando um gradiente hidráulico (uma diferença de pressão) entre este local e suas vizinhanças. Este gradiente provoca o fluxo de água do aqüífero para o poço, enquanto estiver sendo processado o bombeamento. A condição de exploração permanente (Q=cte) dá-se quando a vazão de exploração é igual a vazão do aqüífero para o poço; Se o bombeamento parar, o nível d’água retorna ao nível original (recuperação).

143 Hidráulica de Poços Ao nível em que se encontra a água dentro do poço quando este está sendo bombeado chamamos de nível dinâmico.

144 Hidráulica de Poços O rebaixamento do nível d’água possui a forma cônica, cujo eixo é o próprio poço. A formação deste cone responde à necessidade de a água fluir em direção ao poço para repor a que está sendo extraída. A forma do cone de depressão dependerá dos seguintes fatores: 1.Do volume de água que está sendo bombeado: um mesmo poço apresentará cones de tamanhos diferentes em função do volume de água que está sendo extraída. 2.Da permeabilidade do aqüífero: esta determinará a velocidade com que a água se movimenta para o poço.

145 Hidráulica de Poços A vazão que deve ser retirada do poço deve ser menor ou igual a vazão que chega ao poço, para que não ocorra uma depreciação até a exaustão do aqüífero. A estimativa da vazão de exploração através do poço é baseada na equação de Darcy considerando fluxo permanente (Q=cte). A equação de Darcy descreve o comportamento hidráulico dos poços, com base nas seguintes suposições: – o poço é bombeado à taxa constante (Q = cte) – o fluxo d’água para o poço é radial e uniforme (A = h.2. .r) – o poço penetra por toda a espessura do aqüífero; – o aqüífero é homogêneo em todas as direções;

146 Hidráulica de Poços Q = vazão r p = raio do poço de produção r 1 = distância ao poço de observação p 1 r 2 = distância ao pço de observação p 2 h 1,2 = cargas hidráulicas nos poços 1 e 2 Aqüífero Livre

147 Hidráulica de Poços Aqüífero Livre – v = -K.dh/dr – Q = v.A – A = h.2. .r Logo:Q = (-K.dh/dr).(h.2. .r) [Q/(K.2  )].dr/r = -h.dh integrando entre h 1 e h 2 quando r=r 1 e r=r 2 respectivamente, obtém-se Q = K. .(h 1 2 – h 2 2 )/[ln(r 1 /r 2 )]

148 Hidráulica de Poços Q = vazão r p = raio do poço de produção r 1 = distância ao poço de observação p 1 r 2 = distância ao pço de observação p 2 h 1,2 = cargas hidráulicas nos poços 1 e 2 b = espessura da camada confinada Aqüífero Confinado r2r2 r1r1 Q = cte rprp Solo Linha Piezométrica Impermeável h1h1 h2h2 b

149 Hidráulica de Poços Aqüífero Confinado – v = -K.dh/dr – Q = v.A – A = b.2. .r Logo:Q = -K.dh/dr (b.2. .r) [Q./(K.2.b.  )]dr/r = -dh integrando entre h 1 e h 2 quando r=r 1 e r=r 2 respectivamente, obtém-se Q = K. b.2. .(h 1 – h 2 )/[ln(r 1 /r 2 )]

150 1 Um poço de 50 cm de diâmetro penetra totalmente em um aqüífero não confinado com espessura de 30m. O rebaixamento no poço bombeado é de 10 m e a permeabilidade doaqüífero de pedregulho é de 6,4 x 10 -3 m/s. Se o escoamento é permanente e a vazão bombeada é 0,414 m 3 /s, determine o rebaixamento da linha freática em um ponto distante 100m do poço. 2 Um aqüífero artesiano de 10 m de espessura com uma superfície piezométrica de 40 m acima do fundo da camada confinante está sendo bombeado por um poço totalmente penetrante. O aqüífero é um meio arenoso com permeabilidade de 1,5 x 10-4 m/s. Dois poços de observação alinhados com o poço tem rebaixamentos observados de 5 e 1 m e estão distanciados, respectivamente, a 20 e 200m do poço bombeado. Determine a vazão. Exercício:

151 151 Parâmetros de Aqüíferos Transmissividade (T) [L 2 /T] Transmissividade (T) [L 2 /T] É a capacidade de um aqüífero de transmitir água horizontalmente. Coeficiente de Armazenamento (S) Coeficiente de Armazenamento (S) As capacidades dos meios recebedores de água em armazenarem transmitir água. Difusividade Hidráulica (X) [L 2 /T] Difusividade Hidráulica (X) [L 2 /T] É um parâmetro pouco utilizado, este representa o transporte de uma onda mecânica através do aqüífero.

152 152 Parâmetros de Aqüíferos Coeficiente de Armazenamento Aqüífero Confinado Aqüífero Confinado Aqüífero Livre Aqüífero Livre S 0 = Armazenamento específico

153 153 Parâmetros de Aqüíferos Determinação dos Parâmetros Métodos de campo. Teste de Bombeamento: Determinação de K, T e S. Teste de Bombeamento: Determinação de K, T e S. Infiltração: Determinação de K Infiltração: Determinação de K Open-end-test: Determinação de K Open-end-test: Determinação de K Infiltrômetros: Determinação de K Infiltrômetros: Determinação de K Métodos de Laboratório. Ensaios de Permeabilidade (transiente ou permanente): Ensaios de Permeabilidade (transiente ou permanente): Determinação de K Granulometria: Estimativa de K Granulometria: Estimativa de K

154 154 Redes de Fluxos

155 155 O Aqüífero Guarani. Características Extensão: 1,2 milhões de Km 2 Profundidade média ≈ 250 m Profundidade máxima ≈ 1500 m Formações Geológicas: Formação Botucatu e Pirambóia. Área de Afloramento ≈ 150000 Km 2 Taxa de recarga estimada ≈ 166 km 2 /ano

156 156 O Aqüífero Guarani

157 157 O Aqüífero Guarani

158 158 O Aqüífero Guarani (No estado de São Paulo)

159 159 Interação Rio x Aqüíferos

160 160 Tipos de Interação